轴向活塞泵的工作原理

创建于05.17

轴向活塞泵的工作原理 1

(l) 直轴轴向柱塞泵的工作原理和关键点如图B所示。在直轴轴向柱塞泵（通过轴结构）中，柱塞3安装在缸体4中均匀分布的柱塞孔内，柱塞3的头部安装有滑块2。由于回程机构（图中未示），滑块的底部始终靠近摆盘1的表面。摆盘表面相对于缸体平面（A-A平面）具有倾斜角γ。当传动轴6通过缸体驱动柱塞旋转时，柱塞在柱塞孔内做线性往复运动。为了使柱塞的运动与油吸入路径和油压路径之间的切换实现精确协调，在缸体的端面与泵的油吸入通道和油压通道之间放置一个固定的端口板50，并在端口板上开设两个弧形通道（腰形端口窗口）。阀板的前面与缸体的端面紧密连接，并相对滑动；而在阀板的背面，两个腰形阀窗口应分别与泵的油吸入回路和油压回路连接。

当缸体按照图B所示方向旋转时，活塞杆开始从上止点（对应于0°位置）向外伸展，在0°到180°的范围内，活塞腔的体积持续增加，直到下止点（对应于180°位置）。在这个过程中，活塞腔刚好与阀板5的油吸入口相连，油不断被吸入活塞腔，这就是油吸入过程。随着缸体的持续旋转，在180°到360°的范围内，活塞杆在斜盘的约束下开始从下止点收回，活塞腔的体积持续减小，直到上止点。在这个过程中，活塞腔刚好与端板5的油压窗口相连，油通过油压窗口排出，这就是油压过程。每次缸体的旋转，每个活塞进行半个周期的油吸入和半个周期的油压。如果活塞泵由原动机驱动并持续旋转，它可以持续吸收和加压油。

关于直轴轴向活塞泵的工作原理，以下几点应注意。

① 变量问题 由于摆盘与缸轴之间的倾斜角为γ，且泵的排量与倾斜角有关，当摆盘的倾斜角不可调时，可以制造成定量泵。当摆盘的倾斜角可调时，可以改变柱塞行程的长度，从而改变泵的排量，也就是说，制造成变量排量泵，并改变摆盘的倾斜角方向，可以改变油的吸入和压力方向，也就是说，它变成了双向泵的变量泵。

摆盘的外部尺寸和支撑形式直接影响可变排量泵的外部尺寸和重量。摆盘有两种典型结构：支座型和支架型：前者的支座反作用力 R1 [图 C (a)] 远离柱塞组件的合力 F 的作用点。为了具有足够的刚度和强度，摆盘的尺寸必须增大，因此摆盘在摆动过程中占用的空间也增加；后者的支座反作用力 R1 [图 C (b)] 与柱塞组件的合力 F 之间的距离可以设计得非常小。近年来，摆盘刚度的问题基本不存在，同时，形状也得到了减小，因此摆动过程中占用的空间减少，极大地降低了泵的重量。

② 在轴向柱塞泵的摩擦对中，有三对典型的摩擦对：柱塞头和斜盘；柱塞和缸孔；端板和缸面。由于这些摩擦对的关键部件处于高相对速度和高接触压力的摩擦条件下，摩擦和磨损直接影响泵的容积效率、机械效率、工作压力和使用寿命。

③ 油柱塞与摆盘之间的接触形式有两种：点接触和面接触。球头点接触轴向柱塞泵的结构简单，但在泵工作时，活塞头与摆盘之间的接触点承受着很大的挤压力。例如，当油柱塞直径 d = 20 mm，摆盘倾斜角 γ = 20 °，工作压力 P = 32 MPa 时，油柱塞头产生的挤压力可达到 f = 10.7 kN。为了减少挤压力，活塞直径 D 和泵工作压力 P 必须受到限制，因此点接触轴向柱塞泵不能在高压和大流量的情况下使用。为此，面接触柱塞泵应运而生，并在大多数摆盘轴向柱塞泵产品中得到了广泛应用。

如图D所示，表面接触柱塞泵通常在柱塞6的球头上配备滑块（也称为滑块）2，缸孔中的压力油可以通过柱塞与滑块之间的小孔流入滑块油腔，在滑块与摆盘的接触面之间形成静水推力支撑，使得柱塞与摆盘之间的润滑表面接触，从而大大减少柱塞与摆盘之间的磨损和摩擦损失，使泵的工作压力显著增加。但其结构也较为复杂。如图D所示，大多数球窝滑块和柱塞球头通过滚动和球包裹工艺铰接。此外，还有一种连杆滑块[图e（a）]，其基本上与球窝滑块相同，但在滑块1上制作了球头，以使柱插入缸孔更深，从而提高连接部分的强度和抗污染能力。在摆盘的一端的支撑面上制作了几个同心槽3，以形成辅助支撑面，从而降低接触特定压力；图e（b）显示了一种预加载装置，可以避免大型污染物在初始状态（如停机）时进入球铰接的接合面，并提高抗污染能力。

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